Самый большой геном: новый рекорд и чемпионы прошлых лет
Геном называют инструкцией для организма, которая записана в ДНК клеток всех живых существ особым языком нуклеотидов. У человека их больше трех миллиардов пар. Если напечатать такую книгу, она была бы гигантской. Но у нас далеко не самый большой геном. Расскажем, кто накопил больше наследственной информации.
Когда ученые только начали оценивать размеры геномов разных видов, они предполагали, что чем сложнее устроен организм, тем больше у него наследственного материала. Но эта теория не подтвердилась. Геномы лягушек или саламандр гораздо объемнее человеческого. Рекордсмен среди животных — обитающая в Ниле и других африканских водоемах мраморная двоякодышащая рыба. Генов у нее примерно столько же, сколько у нас, а вот нуклеотидных пар в 13 раз больше — около 40 миллиардов.
Protopterus aethiopicus
Фото: © Supermop / Shutterstock / FOTODOM
Но даже этой рыбе далеко до абсолютного рекордсмена. Долгое время им был пиерис японский, растущий в горах одноименной страны. Его геном — 148 миллиардов пар оснований.
ДНК состоит из двух цепочек нуклеотидных оснований, соединенных между собой водородными связями. Нуклеотидные основания — аденин, тимин, гуанин, цитозин — принято писать сокращенно в виде первых букв их названий А, Т, Г и Ц (A, T, G, C).
За последние десятилетия выяснилось, что из более трех миллиардов пар оснований в ДНК человека только в 1,5 % «букв» (примерно в 20 000 генов) закодированы белки. Тогда ученые решили, что остальной геном (большая его часть) ни на что не влияет. Но все оказалось не так просто. Позже выяснилось, что эти участки задействованы в регуляции активности самих генов.
Геном ширится по разным причинам. У всех видов в нем есть вирусоподобные участки. При делении клетки они могут задваиваться. Таким образом за многие поколения вид способен накопить тысячи копий одного и того же фрагмента, который не участвует в жизни клеток. Другой способ набрать большой генетический багаж — полиплоидность, то есть кратное увеличение генома, которое тоже происходит во время деления.
Pieris japonica
Фото: © lenic / Shutterstock / FOTODOM
Геном может существенно увеличиваться из-за появления гибридного потомства при спаривании близкородственных видов. Возможно, все перечисленное и сделало новокаледонский вилочный папоротник, произрастающий на островах в Тихом океане, новым рекордсменом. Ученые нашли у него колоссальные 160 миллиардов пар нуклеотидов (результаты исследования опубликованы в журнале iScience).
Самый маленький геном среди животных принадлежит паразиту млекопитающих Encephalitozoon intestinalis — 2,25 млн пар оснований. А среди бактерий антирекорд держит Carsonella rudii — около 160 тысяч пар нуклеотидов.
Новокаледонский вилочный папоротник — скромное на вид растение с гигантским геномом
Фото: © Oriane Hidalgo
Геномы растений, как правило, больше, чем у животных. Ученые выяснили, что представители флоры со значительным объемом наследственных данных, как правило, живут дольше, но медленнее размножаются и более уязвимы к стрессу со стороны окружающей среды. Однако четкой закономерности между величиной генома и сложностью устройства организма нет.
Вероятнее всего, подобное накопление нуклеотидных пар не причиняет виду никакого вреда. И все же может настать момент, когда гигантский геном начнет создавать неудобства. Например, клеткам придется увеличиться, чтобы ДНК подобных размеров помещалась в них. А еще им нужно больше времени и питательных веществ, чтобы создать новые копии своих гигантских геномов. Тогда в бесконечной эволюционной гонке организм с меньшим геномом может оказаться впереди.
